CN109256288A - 电气开关装置和用于检测相关磨损的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电气开关装置(10)，包括输入连接焊盘(15)、输出连接焊盘(20)和连接构件(25)，所述连接构件能够在允许电流在所述输入和输出连接焊盘之间流动的闭合位置与防止电流在所述输入和输出连接焊盘之间流动的打开位置之间切换。所述电气开关装置包括：加速度计(35)，所述加速度计能够在所述连接构件在所述闭合位置与所述打开位置之间切换时测量所述开关装置的加速度的分量；和控制器(40)，所述控制器配置为基于由所述加速度计(35)传递的加速度测量信号来估计在所述闭合位置与所述打开位置之间切换所述连接构件的持续时间，并且基于所估计的切换持续时间来确定所述开关装置上的磨损。

Description

电气开关装置和用于检测相关磨损的方法
技术领域
本发明涉及电气开关装置和相关的磨损检测方法。
背景技术
在许多应用中使用开关装置来控制电流的通过。例如，开关装置比如接触器用于根据需要为电力装置或配电网络的一部分供电。通常通过电缆或射频通信模块远程控制这种开关装置。其他类型的开关装置比如断路器配置为检测电气事件，例如短路、电压浪涌或电压降，并且在没有外部干预的情况下自动中断电流的通过。
因此，上述开关装置对于电气装置或电气网络的正确功能而言是重要的元件，因为如果电流的通过没有被正确地中断则它们的故障可能导致严重的电气危害，或者相反地阻止向要被供电的装置进行电力的正确供应。
现在，在其使用寿命期间，开关装置经受许多开关循环，这必然导致磨损，尤其是装置的移动部件或接触垫的磨损。这种磨损易于导致开关装置的故障，特别是如果加热导致移动触点焊接到连接焊盘时，则导致不适当或甚至不可能切换。
配备有用于评估装置的移动部件的剩余使用寿命的装置的开关装置存在并且能够在磨损导致装置故障之前进行预防性维护或者甚至更换磨损的部件。但是，使用的评估装置并未优化。特别地，评估装置仅适用于某些特定的开关装置类型或某些磨损原因。
例如，文献WO0063932A1描述了一种开关装置，其中通过测量两个电触点之间的电压来诊断电接触。但是，尽管这种测量在低压设备中很容易实现，但它并不适用于较高电压的网络，例如380伏或更高电压的网络。
发明内容
本发明的目的是提出一种电开关装置，其能够改进对开关装置的移动部件的磨损的检测。
为此，本发明在于一种电气开关装置，包括至少一个输入连接焊盘、至少一个输出连接焊盘和至少一个连接构件，所述至少一个连接构件能够在允许电流在所述输入和输出连接焊盘之间流动的闭合位置与防止电流在所述输入和输出连接焊盘之间流动的打开位置之间切换，所述电气开关装置包括：加速度计，所述加速度计能够在所述连接构件在所述闭合位置与所述打开位置之间切换时测量所述电气开关装置的加速度的至少一个分量；和控制器，所述控制器配置为基于由所述加速度计传递的至少一个加速度测量信号来估计在所述闭合位置与所述打开位置之间切换所述连接构件的持续时间，并且至少基于所估计的切换持续时间来确定所述电气开关装置上的磨损。
根据本发明的其他有利的但非强制性的方面，所述开关装置单独地或以任何技术上可行的组合包括以下特征中的一个或多个：
-所述控制器配置为如果所述切换持续时间大于或等于预定阈值，则确定所述开关装置上的磨损；
-所述控制器配置为验证所确定的磨损是否大于预定的磨损阈值，如果是，则产生旨在用于所述电气开关装置的用户的检测信号；
-所述电气开关装置包括壳体，用于使所述连接构件与所述壳体的外部电绝缘，所述连接构件相对于所述壳体在其打开位置和其闭合位置之间是可移动的，并且所述加速度计紧固到所述壳体；
-所述电气开关装置包括壳体，用于使所述连接构件与所述壳体的外部电绝缘，所述连接构件相对于所述壳体在其打开位置和其闭合位置之间是可移动的，并且所述加速度计紧固到所述连接构件且因此相对于所述壳体是可移动的；
-所述控制器配置为当所述连接构件在所述闭合位置和所述打开位置之间切换时检测所述连接构件行进的行进开始时间和行进结束时间，并且基于检测的行进开始和行进结束时间来估计所述切换持续时间；
-所述控制器配置为将所述加速度测量信号的幅度与第一阈值进行比较，并且如果所述幅度超过所述第一阈值则检测所述行进开始时间；
-所述控制器配置为将加速度测量信号的幅度与第二阈值进行比较，并且如果在检测到行进开始时间之后所述幅度变得大于或等于所述第二阈值则检测所述行进结束时间；
-所述连接构件包括连接元件和致动器，所述连接元件相对于所述连接焊盘在第一位置和第二位置之间是可移动的，并且配置成当所述连接元件处于所述第一位置时电连接两个连接焊盘并且当所述连接元件处于所述第二位置时电断开两个连接焊盘，所述致动器包括至少一个部件，所述至少一个部件相对于所述连接焊盘在第三位置和第四位置之间是可移动的，当所述连接构件处于闭合位置时，移动部件处于所述第三位置并且所述连接元件处于所述第一位置，当所述连接构件处于打开位置时，移动部件处于所述第四位置并且所述连接元件处于所述第二位置，当所述移动部件处于所述第三位置时所述移动部件配置成与所述连接元件相距一定距离，并且配置为在其从所述第三位置移动到所述第四位置期间与所述连接元件抵靠以将所述连接元件从所述第一位置移动到所述第二位置，所述控制器还配置为至少基于所述加速度测量信号来检测所述移动部件相对于所述连接元件的抵靠结束时间，所述磨损进一步基于检测的抵靠结束时间而被确定；
-所述加速度测量信号包括各自具有强度的一组频率分量，所述控制器配置为当在具有预定频率宽度的连续频率范围上每个频率分量的强度大于或等于第三预定阈值时检测所述抵靠结束时间；
-所述开关装置是接触器。
本发明还在于一种用于电气开关装置的磨损检测方法，所述电气开关装置包括加速度计、至少一个输入连接焊盘、输出连接焊盘和连接构件，所述连接构件能够在允许电流在所述输入和输出连接焊盘之间流动的闭合位置与防止电流流动的闭合位置之间切换，所述方法包括以下步骤：
-在所述闭合位置和打开位置之间切换所述连接构件，
-所述加速度计在切换期间产生至少对应于所述开关装置的加速度的分量的加速度测量信号，
-基于所述加速度测量信号来估计所述连接构件在所述闭合位置和打开位置之间的切换持续时间，以及
-至少基于估计的切换持续时间来确定所述开关装置的磨损。
根据本发明的有利但非强制性的方面，该方法还包括校准步骤，所述校准步骤包括在至少一个切换操作期间生成加速度测量信号并且在由所述加速度计提供的加速度测量信号中识别所述连接构件的行进开始或行进结束时间的至少一个标记，所述估计步骤包括通过将在所述生成步骤期间生成的加速度测量信号与识别的标记进行比较来检测所述连接构件的行进开始时间或行进结束时间。
附图说明
通过阅读仅以非限制性示例给出的以下描述并参考附图，本发明的特征和优点将变得显而易见，其中：
-图1是根据本发明优选实施例的电气开关装置的示意图，其中连接构件电连接到两个连接焊盘；
-图2是处于打开位置的图1的开关装置的示意图，其中连接构件与两个连接焊盘断开；
-图3是用于图1的开关装置的磨损检测方法的示例的步骤的流程图；
-图4是表示在开关操作期间连接构件的位置以及开关装置的加速度的三个分量随时间变化的曲线图；以及
-图5是表示在开关操作期间作为频率的函数的开关装置加速度测量信号的曲线图。
具体实施方式
图1中示出了开关装置10的第一示例。
开关装置10配置为从第一电导体接收电流C并将电流C传输到第二电导体。此外，开关装置10配置为中断第一和第二电导体之间的电流C的通路。
开关装置10例如是接触器。接触器是配置为响应于相应的控制信号而允许或中断电流C的通路的开关装置。相应的控制信号例如是由开关装置的远程控制装置发送的电气或气动信号。
根据变型，开关装置10是配置为测量电流C的电参数的值并且允许或中断作为测量值的函数的电流C的通过的断路器。
开关装置10包括至少一个输入连接焊盘(land)15、至少一个输出连接焊盘20、至少一个连接构件25、壳体30、加速度计35和控制器40。
根据图1的示例，开关装置10包括仅一个输入连接焊盘15、仅一个输出连接焊盘20和仅一个连接构件25。要注意的是，输入连接焊盘15、输出连接焊盘20和开关构件25的数量容易变化。例如，在一实施例中，开关装置10是三相开关装置，其包括三个输入连接焊盘15、三个输出连接焊盘20和三个开关构件25。根据变型，单个连接构件25对于所有的输入和输出连接焊盘15、20是共用的。
与开关装置10相关的参考系的三个方向X、Y和Z如图1所示。三个方向X、Y和Z相互垂直。
输入连接焊盘15配置为连接到第一电导体并且接收来自第一导体的电流C。
输出连接焊盘20配置为连接到第二电导体并且将电流C传输到第二导体。
根据图1的示例，每个输入或输出连接焊盘15、20是配置为在一端连接到对应的电导体并且在另一端与连接构件25接触的金属部分。可替代地，每个连接焊盘15、20包括一组互连的导电部分。
连接构件25相对于壳体30以及闭合位置和打开位置之间的输入和输出连接焊盘15、20可移动。
在图1中，连接构件25被示出处于其闭合位置。当连接构件25处于闭合位置时，连接构件25允许电流C在输入连接焊盘15和输出连接焊盘20之间通过。
在图2中，连接构件25被示出处于其打开位置。当连接构件25处于打开位置时，连接构件25防止电流C在输入连接焊盘15和输出连接焊盘20之间通过。
连接构件25配置成在其打开和闭合位置之间切换。
例如，如果开关装置10是接触器，则连接构件25配置为在接收到相应的控制信号之后在打开和闭合位置之间切换。如果开关装置10是断路器，则连接构件25配置为根据电流C的参数的测量值在打开位置和闭合位置之间进行切换。
根据图1的示例，连接构件25包括连接元件45、致动器47和杆弹簧55。
连接元件45相对于连接焊盘15、20在图1所示的第一位置和图2所示的第二位置之间可移动。例如，连接元件45在第一位置与第二位置之间沿方向Z平移移动。
当连接构件25处于闭合位置时，连接元件45处于其第一位置并且电连接输入连接焊盘15和输出连接焊盘20。
当连接构件25处于打开位置时，连接元件45处于其第二位置，并且输入和输出连接焊盘15、20彼此电断开。例如，当连接元件45处于其第二位置时，连接元件45抵靠相应的邻接元件。
连接元件45由导电材料制成。
连接元件45承载两个接触垫60。接触垫60是金属元件，当连接元件45处于第一位置时，该金属元件被设计成由连接元件45压靠相应的输入和输出连接焊盘15、20。
根据图1的示例，接触垫60也由输入和输出连接焊盘15、20承载。
每个接触垫60具有沿方向Z测量的厚度e。
致动器47配置成使连接构件25在打开位置和闭合位置之间切换。特别地，致动器47配置成使连接元件45在其第一位置和其第二位置之间移动。
致动器47包括移动部件50、固定部件51和复位弹簧52。
移动部件50可在图1所示的第三位置和图2所示的第四位置之间移动。
当连接构件25处于闭合位置时，致动器50处于第三位置。当移动部件50处于第三位置时，移动部件50距连接元件45一定距离。特别地，当移动部件50处于第三位置时，移动部件50不与连接元件45接触。
例如，当移动部件50处于第三位置时，移动部件抵靠着固定部件51。
当连接构件25处于打开位置时，移动部件50处于第四位置。当移动部件50处于第四位置时，移动部件50抵靠着连接元件45。
移动部件50配置成在第三位置和第四位置之间移动。例如，移动部件50包括线圈，该线圈配置为当电流流过线圈时产生倾向于将移动部件从第三位置移动到第四位置的力。
移动部件50在其从第三位置移动到第四位置期间配置为经由杆弹簧55在连接元件45上施加力以将连接元件45从第一位置移动到第二位置。
复位弹簧52适于将移动部件50从第三位置移动到第四位置。
杆弹簧55适于向连接元件45施加倾向于将连接元件45从第二位置移动到第一位置的力。
壳体30适于使连接构件25与壳体30的外部电绝缘。壳体30例如由塑料材料制成。
加速度计35适于测量开关装置10的加速度的分量c的至少一个幅度并且响应于传递加速度测量信号Sm。
根据详细描述的优选实施例，加速度计35配置为测量三个方向X、Y和Z上的加速度的三个分量c，并且响应于生成三个对应的测量信号Smx、Smy、Smz。
根据图1的示例，加速计35紧固到壳体30。例如它直接固定在壳体30上。可替代地，它固定在接收控制器40的电路板上。
根据另一实施例，加速度计35紧固到连接构件25并因此相对于壳体30可移动。例如，加速度计35紧固到连接元件45。
控制器40配置为从加速度计35接收每个加速度测量信号Smx、Smy、Smz。
控制器40配置为至少从加速度测量信号Sm中确定开关装置10的磨损。例如，控制器40配置为在连接构件25在闭合位置和打开位置之间切换期间估计连接构件25的切换持续时间Dc并且至少基于该切换持续时间Dc来确定磨损。
“磨损”意味着开关装置10的一部分的劣化。例如，控制器40配置成确定开关构件25的磨损。
磨损例如是接触垫60的磨损。接触垫60的厚度e在极限厚度以下的减小是开关构件25的磨损的示例。要注意的是，可以确定其他类型的磨损。
例如，控制器40紧固到壳体30。
控制器40包括处理器65、存储器70和信令模块75。
计算机程序存储在存储器70中。计算机程序包括软件指令，当它们在处理器65上执行时，实现检测开关装置10的磨损的方法。
信令模块75配置为向开关装置10的用户传送向用户指示已经检测到开关装置10的磨损的检测信号。例如，信令模块75包括通过壳体30中的开口可见的光发射器，其被点亮以指示已经检测到磨损。
根据变型，信令模块75配置为将检测信号Su传输到远程设备，该远程设备配置为例如通过电缆连接或通过无线电链路(例如短程RFID类型)向用户显示警报。
接下来描述开关装置10的操作。
图3示出了由电气开关装置10实施的磨损检测方法的步骤的流程图。
该方法包括校准步骤100、切换步骤110、测量信号生成步骤120、切换持续时间估计步骤130和磨损确定步骤140。
在校准步骤100期间，执行连接构件25的至少一个切换操作。例如，执行连接构件25的至少十个切换操作。
每个切换操作例如是开关构件25从闭合位置到打开位置的移动。可替代地，每个切换操作是开关构件25从打开位置到闭合位置的移动。
在每个切换操作期间，移动部件50从其第三位置移动到其第四位置。当移动部件50与连接元件45接触时，移动部件50在连接元件45上施加倾向于使连接元件45从其第一位置移动到其第二位置的力。
行进开始时间T1、行进结束时间T2和抵靠结束时间T3被定义用于每个切换操作。
行进开始时间T1是移动部件50开始从第三位置移动到第四位置的时间。行进结束时间T2是连接元件45到达第二位置的时间。例如，行进结束时间T2是连接元件45抵接对应的抵接元件的时间。
抵靠结束时间T3是移动部件50与连接元件45接触以将连接元件45移动到第二位置的时间。在抵靠结束时间T3之前，连接元件45抵靠着输入和输出连接焊盘15、20并且相对于两个连接焊盘15、20不可移动。
在每个切换操作期间，加速度计35测量方向X、Y和Z上的加速度的三个分量c的值。
由加速度计35针对加速度的每个分量c产生加速度测量信号Smx、Smy、Smz。每个测量信号Smx、Smy、Smz是表示测量的加速度分量的值的模拟或数字信号。
每个加速度测量信号Sm具有取决于所测量的加速度分量c的值的幅度。
根据一实施例，至少一个滤波操作被应用于每个加速度测量信号Sm。
例如，对每个加速度测量信号Sm应用低通滤波。低通滤波具有大于或等于500赫兹(Hz)的截止频率。
代替地或除此之外，对每个加速度测量信号Sm应用高通滤波。高通滤波具有大于或等于5Hz的截止频率。
图4中示出了在连接构件25的切换操作期间每个加速度测量信号Smx、Smy、Smz的幅度作为时间t(以毫秒为单位)的函数的变化。
在图4中还通过曲线P示出了移动部件50的位置的变化，曲线P示出了行进开始时间T1和行进结束时间T2。
在校准阶段的切换操作期间生成的加速度测量信号Smx、Smy、Smz中识别开关构件25的行进开始时间T1和行进结束时间T2的特征标记。
“标记(signature)”是指与给定事件可重复关联的一个或多个加速度测量信号的特征或一组特征。
例如，在图4中，行进开始时间T1的标记是在表示方向X上的加速度分量的幅度的曲线Smx上出现非零信号。
另外，行进结束时间T2的标记是曲线Smy中行进开始时间T1之后的外观，曲线Smy表示方向Y上的加速度分量的幅度，其绝对值远大于在行进结束时间T2之前的方向Y上的加速度分量的幅度的绝对值。
校准步骤100例如在单个电气开关装置10上执行，识别的标记其后在所有制造的开关装置10中使用，以识别行进开始时间T1和结束时间T2。
例如，校准步骤100在工厂中执行。
切换步骤110、生成步骤120、估计步骤130和确定步骤140在其用于电气装置或配电网络期间针对每个开关装置10重复。
切换步骤110包括将连接构件25在其闭合位置与其打开位置之间切换的操作。该切换例如由用户根据电气装置或开关装置10所集成到的配电网络的要求来远程控制。
生成步骤120和估计步骤130在每个安装的开关装置10的连接构件25的每个切换操作期间执行。根据变型，生成步骤120和估计步骤仅针对一些切换操作执行，例如每十个交换操作，或者从这些步骤的最后一次执行开始的最短时间段之后。
在生成步骤120期间，生成对应于三个方向X、Y和Z上的加速度分量的三个测量信号Smx、Smy、Smz。
在估计步骤130期间，估计连接构件25的至少一个切换持续时间Dc。为此，检测行进开始时间T1和行进结束时间T2。
基于行进开始时间T1和行进结束时间T2来估计切换持续时间Dc。特别是，切换持续时间Dc由行进开始时间T1和行进结束时间T2限定。
通过将在切换步骤期间产生的加速度测量信号Smx、Smy、Smz与在校准阶段获得的相应标记进行比较来检测行进开始时间T1和行进结束时间T2。
例如，通过将加速度信号Smx与相应的标记进行比较来识别行进开始时间T1。根据一特别简单的实施例，标记是第一阈值的超调。控制器40因此将第一阈值与加速度信号Smx的幅度进行比较。第一阈值例如等于加速度计35的总测量范围的三分之一。
当加速度信号Smx的幅度超过第一阈值时，控制器40检测行进开始时间T1。
通过将加速度信号Smy与相应的标记进行比较来识别行进结束时间T2。在一特别简单的实施例中，行进结束时间T2是行进开始时间T1之后第二阈值的超调。控制器40因此将第二阈值与加速度信号Smy的幅度进行比较。第二阈值例如等于加速度计35的总测量范围的三分之一。
当在检测到行进开始时间T1之后加速度信号Smy的幅度变为等于或大于第二阈值时，控制器40检测行进结束时间T2。根据图4的示例，在行驶结束时间T2，加速度信号Smy的幅度的绝对值变为等于或大于第二阈值。
控制器40通过计算行进开始时间T1和行进结束时间T2之间的差值来估计切换持续时间Dc。
在确定步骤140期间，基于切换持续时间Dc来确定开关装置10的磨损。
例如，控制器40将切换持续时间Dc与第三预定阈值进行比较，并且如果切换持续时间Dc大于或等于第三阈值，则确定开关装置10的磨损。第三阈值例如在5毫秒(ms)和40ms(包括端值)之间。
特别地，如果切换持续时间Dc大于或等于第三阈值，则控制器40确定磨损大于或等于预定磨损阈值。磨损阈值例如对应于接触垫60的厚度，在该厚度以下电气开关装置10的正确操作受到威胁。
当控制器40确定开关装置10被磨损时，控制器40命令信令模块向开关装置的用户发送信号。
由于使用加速度计，开关装置10的磨损被有效地确定。因此，便于及时地预防性维护和更换磨损部件，这限制了开关装置10出现故障的风险。因此，开关装置10更安全，其中开关装置10所安装在其中的电气装置或配电网络同样也更安全。
此外，加速度计的磨损检测与许多应用兼容，包括在380伏或更高电压下的应用。
通过将加速度测量信号Smx、Smy、Smz的幅度与阈值进行比较来检测行进开始和结束时间T1、T2在控制器40中容易实现并且需要很少的计算能力。
如果切换持续时间Dc超过相应阈值，则确定磨损使得能够简单且有效地检测到一些磨损。特别地，接触垫60的磨损导致厚度e的过度减小或者甚至导致连接元件45与相应的连接焊盘15、20之间的直接接触，导致开关构件的行进距离增加并且因此增加切换持续时间Dc。这样的磨损因此通过将切换持续时间Dc与阈值进行比较而有效地确定。
当加速度计35紧固到壳体30时，便于加速度计35与控制器40的连接。例如，加速度计35可以与控制器40集成到相同的电子电路卡上。
当加速度计35紧固到开关构件25时，测量的加速度幅度更高，因此磨损检测方法更准确。
由于应用了滤波，所以消除了低频和高频干扰信号，从而防止了误报的检测。
已经描述了在特定类型的连接构件25的情况下开关装置10和上述的相关检测方法的第一示例，其中连接构件25相对于作为加速度计35配置为测量加速度分量c所沿着的方向之一的方向Z可平移移动。要注意的是，还可以使用其他类型的连接构件25，并且加速度计35可以相对于连接构件25的移动而不同地定向。用于检测行进开始和结束时间T1、T2的标记因此易于从一个开关装置设计变化到另一个开关装置设计。
还应该注意的是，识别出的标记也可根据开关装置10中的加速度计35的位置和取向而易于变化。
例如，在一些开关装置设计中，在与方向X、Y或Z上的加速度分量相对应的相同加速度测量信号Sm中易于检测行进开始和结束时间T1、T2的标记。
还应该注意的是可以确定不同类型的磨损。例如，基于与两个方向X和Y对应的加速度测量信号Sm来确定接触垫60的磨损，并且基于在对应于方向Z的加速度测量信号Sm中检测到的标记的识别来确定接触垫60以外的部分的磨损。
移动部件50上的干扰或过度摩擦是可能检测到的磨损的其他示例。
接下来描述开关装置10的第二示例。不再描述与图1至图4的第一示例相同的元件。只突出强调不同之处。
每个加速度测量信号Sm包括一组频率分量。每个频率分量都具有强度。
控制器40配置为基于至少一个加速度测量信号来检测抵靠结束时间T3并且基于检测到的抵靠结束时间T3来检测磨损。
此外，控制器40配置为估计至少两个频率分量的强度。例如，控制器40配置为在切换操作期间连续地估计来自预定频率范围的每个频率分量的强度。
控制器40可以使用不同的方法来估计频率分量的强度。根据一实施例，控制器40配置为例如使用“短期傅里叶变换”型方法来实现加速度测量信号Sm的频率分解。
控制器40配置为通过检测比较测量信号Sm与对应的标记来检测行进开始或结束时间T1、T2或者抵靠结束时间T3中的至少一个，标记是至少两个频率分量的强度的函数。
例如，控制器40配置为在加速度测量信号的频率分解中检测每个频率分量的强度在其上大于或等于第四阈值的频率范围。根据一实施例，当在预定的连续频率范围上每个频率分量具有大于或等于第四阈值的强度时，检测抵靠结束时间T3。
因此，在图5中示出了在切换操作a期间测量信号Sm在方向Y上的各种频率分量的幅度变化，并且其是每个频率分量的频率f和以毫秒为单位的时间t的函数。行进开始和结束时间T1、T2以及抵靠结束时间T3被突出显示。
在图5中可以看出，当在100Hz和200Hz(包括端值)之间的每个频率分量的强度大于或等于第四阈值时，有效地检测抵靠结束时间T3。
可替代地，抵靠结束时间T3对应于来自预定频率范围的所有分量的最小强度达到最大值的时刻。
根据另一变型，计算机40通过将两个不同频率分量的强度与两个不同的阈值进行比较来识别两个时间T1、T2或T3。根据图5的示例，当150Hz频率分量的强度处于最大值时检测抵靠结束时间T3，当250Hz频率分量具有最大强度时检测行进结束时间T2。
测量信号Sm的频率分量的分析能够有效检测抵靠结束时间T3。行进开始时间T1和抵靠结束时间T3之间的持续时间也与垫60的磨损相关。
此外，抵靠结束时间T3的标记随着接触垫60的磨损而易于变化。例如，接触垫60的明显磨损易于导致更强频率分量的最大强度的降低和其他频率分量的最大强度的增加。换言之，接触垫60越磨损，在图5中的时间T3处看到的标记越宽和越弱。
在控制器40包括处理器和存储软件指令的存储器的情况下描述了上述第一和第二示例。要注意的是，控制器40的功能同样易于以可编程逻辑电路或者一个或多个专用集成电路的形式来实现。例如，控制器40包括用于检测行进开始时间T1的模块、用于检测行进结束时间T2的模块、用于检测抵靠结束时间T3的模块、用于估计切换持续时间Dc的模块、用于将切换持续时间Dc与阈值进行比较的模块和用于确定磨损的模块。
还应注意的是，在一些实施例中，例如在控制器40通过无线电例如RFID类型的通信或电缆通信接收由加速计35产生的加速度测量信号Sm的情况下，控制器40容易位于壳体30外部。在这种情况下，控制器40易于被多个开关装置10共享。
本发明对应于上述实施例的任何技术上可能的组合。

Claims (13)

1.一种电气开关装置(10)，包括至少一个输入连接焊盘(15)、至少一个输出连接焊盘(20)和至少一个连接构件(25)，所述至少一个连接构件能够在允许电流在输入和输出连接焊盘(15、20)之间流动的闭合位置与防止电流在输入和输出连接焊盘(15、20)之间流动的打开位置之间切换，
所述电气开关装置(10)的特征在于，其包括：加速度计(35)，所述加速度计能够在所述连接构件(25)在所述闭合位置与所述打开位置之间切换时测量所述电气开关装置(10)的加速度的至少一个分量；和控制器(40)，所述控制器(40)配置为基于由所述加速度计(35)传递的至少一个加速度测量信号来估计在所述闭合位置与所述打开位置之间切换所述连接构件(25)的持续时间，并且至少基于所估计的切换持续时间来确定所述电气开关装置(10)上的磨损。
2.根据权利要求1所述的电气开关装置(10)，其中，所述控制器(40)配置为如果所述切换持续时间大于或等于预定阈值，则确定所述开关装置(10)上的磨损。
3.根据权利要求1或2所述的电气开关装置(10)，其中，所述控制器(40)配置为验证所确定的磨损是否大于预定的磨损阈值，如果是，则产生旨在用于所述电气开关装置(10)的用户的检测信号。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的电气开关装置(10)，包括壳体(30)，用于使所述连接构件(25)与所述壳体(30)的外部电绝缘，所述连接构件(25)相对于所述壳体(30)在其打开位置和其闭合位置之间是可移动的，并且其中，所述加速度计(35)紧固到所述壳体。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的电气开关装置(10)，包括壳体(30)，用于使所述连接构件(25)与所述壳体(30)的外部电绝缘，所述连接构件(25)相对于所述壳体(30)在其打开位置和其闭合位置之间是可移动的，并且其中，所述加速度计(35)紧固到所述连接构件(25)且因此相对于所述壳体(30)是可移动的。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的电气开关装置(10)，其中，所述控制器(40)配置为当所述连接构件(25)在所述闭合位置和所述打开位置之间切换时检测所述连接构件(25)行进的行进开始时间和行进结束时间(T1、T2)，并且基于检测的行进开始和行进结束时间(T1、T2)来估计所述切换持续时间。
7.根据权利要求6所述的电气开关装置(10)，其中，所述控制器(40)配置为将所述加速度测量信号的幅度与第一阈值进行比较，并且如果所述幅度超过所述第一阈值则检测所述行进开始时间(T1)。
8.根据权利要求6和7中任一项所述的电气开关装置(10)，其中，所述控制器(40)配置为将加速度测量信号的幅度与第二阈值进行比较，并且如果在检测到行进开始时间(T1)之后所述幅度变得大于或等于所述第二阈值则检测所述行进结束时间(T2)。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的电气开关装置(10)，其中，所述连接构件(25)包括连接元件(45)和致动器(47)，所述连接元件(45)相对于所述连接焊盘(15、20)在第一位置和第二位置之间是可移动的，并且配置成当所述连接元件(45)处于所述第一位置时电连接两个连接焊盘(15、20)并且当所述连接元件(45)处于所述第二位置时电断开两个连接焊盘(15、20)，
所述致动器包括至少一个部件(50)，所述至少一个部件(50)相对于所述连接焊盘(15、20)在第三位置和第四位置之间是可移动的，当所述连接构件(25)处于闭合位置时，移动部件(50)处于所述第三位置并且所述连接元件(45)处于所述第一位置，当所述连接构件(25)处于打开位置时，移动部件(50)处于所述第四位置并且所述连接元件(45)处于所述第二位置，
当所述移动部件(50)处于所述第三位置时所述移动部件(50)配置成与所述连接元件(45)相距一定距离，并且配置为在其从所述第三位置移动到所述第四位置期间与所述连接元件(45)抵靠以将所述连接元件(45)从所述第一位置移动到所述第二位置
所述控制器(40)还配置为至少基于所述加速度测量信号来检测所述移动部件(50)相对于所述连接元件(45)的抵靠结束时间(T3)，所述磨损进一步基于检测的抵靠结束时间(T3)而被确定。
10.根据权利要求9所述的电气开关装置(10)，其中，所述加速度测量信号包括各自具有强度的一组频率分量，所述控制器(40)配置为当在具有预定频率宽度的连续频率范围上每个频率分量的强度大于或等于第三预定阈值时检测所述抵靠结束时间(T3)。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的电气开关装置(10)，其中，所述开关装置(10)是接触器。
12.一种用于电气开关装置(10)的磨损检测方法，所述电气开关装置(10)包括加速度计(35)、至少一个输入连接焊盘(15)、输出连接焊盘(20)和连接构件(25)，所述连接构件能够在允许电流在输入和输出连接焊盘(15、20)之间流动的闭合位置与防止电流流动的闭合位置之间切换，其特征在于，其包括以下步骤：
-在所述闭合位置和打开位置之间切换(110)所述连接构件(25)，
-所述加速度计(35)在切换期间产生(120)至少对应于所述开关装置(10)的加速度的分量的加速度测量信号，
-基于所述加速度测量信号来估计(130)所述连接构件(25)在所述闭合位置和打开位置之间的切换持续时间，以及
-至少基于估计的切换持续时间来确定(140)所述开关装置(10)的磨损。
13.根据权利要求12所述的磨损检测方法，还包括校准步骤，所述校准步骤包括在至少一个切换操作期间生成加速度测量信号并且在由所述加速度计(35)提供的加速度测量信号中识别所述连接构件(25)的行进开始或行进结束时间(T1、T2)的至少一个标记，所述估计步骤(130)包括通过将在所述生成步骤(120)期间生成的加速度测量信号与识别的标记进行比较来检测所述连接构件(25)的行进开始时间或行进结束时间。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114019366A (zh) * 2021-11-05 2022-02-08 苏州迪芬德物联网科技有限公司 电器元件触点损耗评估方法

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3886128B1 (en) * 2020-03-24 2024-01-24 ABB Schweiz AG Electrical switching device
FR3112650B1 (fr) * 2020-07-20 2023-05-12 Schneider Electric Ind Sas Procédé de diagnostic d’un état de fonctionnement d’un appareil de commutation électrique et appareil de commutation électrique pour la mise en œuvre d’un tel procédé
DE102020124802A1 (de) * 2020-09-23 2022-03-24 Te Connectivity Germany Gmbh Schaltanordnung und Verfahren zum Messen einer Position einer Kontaktbrücke in einer Schaltanordnung
CN114577452B (zh) * 2021-06-17 2024-02-23 正泰集团研发中心(上海)有限公司 开关触点的寿命预测方法、装置、电子设备和计算机介质

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4159446A (en) * 1978-02-21 1979-06-26 General Electric Company Acoustic diagnostic system for contacts in power distribution systems
JPH01232626A (ja) * 1988-03-14 1989-09-18 Hitachi Ltd ガス絶縁開閉機器の通電異常検出装置
CN1255716A (zh) * 1998-12-03 2000-06-07 Abb研究有限公司 用于控制电开关装置的打开与闭合的装置和方法
CA2258223A1 (fr) * 1999-01-22 2000-07-22 Hydro-Quebec Procede de traitement de signatures vibro-acoustiques dans un systeme de commutation electromecanique haute-tension
WO2003079387A1 (fr) * 2002-03-19 2003-09-25 Schneider Electric Industries Sas Appareil electrique a actionneur piezoelectrique pilote
CN1745443A (zh) * 2002-12-20 2006-03-08 西门子公司 用于确定开关装置剩余寿命的方法和设备
CN101084561A (zh) * 2004-12-23 2007-12-05 西门子公司 使开关设备安全工作的方法和装置
CN101305433A (zh) * 2005-09-21 2008-11-12 西门子公司 确定电磁开关装置触点烧损的方法和具有按此方法工作的装置的电磁开关装置
CN102947908A (zh) * 2010-04-15 2013-02-27 施耐德电器工业公司 带有超快致动机构的电气开关装置及包括该装置的混合开关
CN104685593A (zh) * 2012-10-03 2015-06-03 伊顿公司 采用线性换能器监视触点腐蚀的电路断续器
US20170047186A1 (en) * 2015-08-13 2017-02-16 Eaton Corporation Component monitoring system with monitory latch assembly

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2864054A (en) * 1957-03-19 1958-12-09 Bell Telephone Labor Inc Velocity measurement of relay contacts
JPS57151829A (en) * 1981-03-13 1982-09-20 Toshiba Corp External diagnosis of switch device
SE439692B (sv) * 1983-10-24 1985-06-24 Asea Ab Anordning for overvakning av konditionen hos en elektrisk apparat med strombrytande kontakter, i synnerhet en hogspenningsbrytare
US4975800A (en) * 1988-03-14 1990-12-04 Hitachi, Ltd. Contact abnormality detecting system
DE19544926C1 (de) * 1995-12-01 1997-04-30 Siemens Ag Verfahren und Vorrichtung zum Überwachen des Abbrandes der Kontaktstücke bei einem Schaltgerät
FR2792766B1 (fr) * 1999-04-20 2001-06-29 Crouzet Automatismes Dispositif de detection pour commutation de charges electriques
SE0003304D0 (sv) * 2000-09-18 2000-09-18 Abb Ab Förfarande samt anordning för tillståndskontroll av en elektrisk kopplare
US6963203B2 (en) * 2003-03-31 2005-11-08 General Electric Company Methods and apparatus for analyzing high voltage circuit breakers
US6967483B2 (en) * 2004-04-26 2005-11-22 International Business Machines Corporation Apparatus and method for determining contact dynamics
EP1793235A1 (de) * 2005-11-30 2007-06-06 ABB Technology AG Überwachungssystem für Hochspannungsschalter
FR2919109B1 (fr) * 2007-07-20 2009-09-11 Schneider Electric Ind Sas Dispositif de detection de position d'une partie mobile dans un appareil electrique interrupteur.
FR2940509B1 (fr) * 2008-12-19 2010-12-10 Schneider Electric Ind Sas Appareil electrique interrupteur a fonctionnement optimise
JP5306144B2 (ja) * 2009-10-28 2013-10-02 三菱電機株式会社 電力開閉装置の開閉極時間測定装置
DE102010043744A1 (de) * 2010-11-11 2012-05-16 Continental Automotive Gmbh Schaltungsanordnung sowie Verfahren zur Überwachung des Schaltens einer Energiequelle zur Versorgung eines Elektroantriebs
JP5618781B2 (ja) * 2010-11-25 2014-11-05 三菱電機株式会社 開閉装置
FR3023963B1 (fr) * 2014-07-17 2018-03-09 Schneider Electric Industries Sas Procede de determination de l'usure des contacts electriques d'un appareil electrique interrupteur
DE202017002030U1 (de) * 2017-03-13 2017-06-29 Plättner Elektronik GmbH Schaltung zur internen und externen Funktionsprüfung eines elektrischen Relais und/oder Schützes

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4159446A (en) * 1978-02-21 1979-06-26 General Electric Company Acoustic diagnostic system for contacts in power distribution systems
JPH01232626A (ja) * 1988-03-14 1989-09-18 Hitachi Ltd ガス絶縁開閉機器の通電異常検出装置
CN1255716A (zh) * 1998-12-03 2000-06-07 Abb研究有限公司 用于控制电开关装置的打开与闭合的装置和方法
CA2258223A1 (fr) * 1999-01-22 2000-07-22 Hydro-Quebec Procede de traitement de signatures vibro-acoustiques dans un systeme de commutation electromecanique haute-tension
WO2003079387A1 (fr) * 2002-03-19 2003-09-25 Schneider Electric Industries Sas Appareil electrique a actionneur piezoelectrique pilote
CN1745443A (zh) * 2002-12-20 2006-03-08 西门子公司 用于确定开关装置剩余寿命的方法和设备
CN101084561A (zh) * 2004-12-23 2007-12-05 西门子公司 使开关设备安全工作的方法和装置
CN101305433A (zh) * 2005-09-21 2008-11-12 西门子公司 确定电磁开关装置触点烧损的方法和具有按此方法工作的装置的电磁开关装置
CN102947908A (zh) * 2010-04-15 2013-02-27 施耐德电器工业公司 带有超快致动机构的电气开关装置及包括该装置的混合开关
CN104685593A (zh) * 2012-10-03 2015-06-03 伊顿公司 采用线性换能器监视触点腐蚀的电路断续器
US20170047186A1 (en) * 2015-08-13 2017-02-16 Eaton Corporation Component monitoring system with monitory latch assembly

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114019366A (zh) * 2021-11-05 2022-02-08 苏州迪芬德物联网科技有限公司 电器元件触点损耗评估方法
CN114019366B (zh) * 2021-11-05 2024-01-16 苏州迪芬德物联网科技有限公司 电器元件触点损耗评估方法

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US11255912B2 (en) 2022-02-22
FR3069064A1 (fr) 2019-01-18
EP3428666A1 (fr) 2019-01-16

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